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為什麼橡皮擦總會和別的東西粘在一起?

我們都知道,如果把兩塊固體簡單地放在一起,它們通常並不會自動融為一體。這是因為固體內部的分子或原子難以流動,看似靠近的兩塊固體表面上的分子或原子實際上仍然離得很遠,無法有效地建立起分子間作用力或者化學鍵。

那麼,為什麼橡皮擦時常會和其他固體粘在一起呢?

這就需要了解橡皮擦的組成。

顧名思義,最早的橡皮擦是用天然橡膠做的,目前則多會使用人造橡膠。橡膠是由室溫下處於液態、能夠流動的線性聚合物分子經過交聯而形成的三維網狀結構。橡膠本身不能流動,在室溫下為固體,但網路節點之間的分子鏈條實際上仍然可以視為處於液態。因此,當我們用力拉橡膠時,液態的分子鏈條在外力作用下變形,使得橡膠很容易被拉伸;而當外力撤除時,受到網路結構的限制,橡膠又會恢復原來的形狀。當橡皮擦與其他固體接觸時,如果剛好受到了一定的壓力,處於液態的網路局部就有可能通過變形來更好地與另一個物體表面上的分子接觸,與對方建立起分子間作用力。於是,當我們試圖將橡皮擦與別的物體分開時,需要花費更多的力氣來克服這些相互作用,因此會感覺到橡皮擦總是會和其他物體粘在一起。

傳統的橡皮擦,例如放在鉛筆尾部的那種,大多是由橡膠製成的。

橡膠的這種黏合作用的一個重要應用是壓敏膠帶,也就是我們生活中常用的透明膠、雙面膠、不幹膠標籤等辦公用品。這些膠帶在生產過程中預先將一薄層橡膠塗在紙、塑料膜等固體載體的表面,使用者只需要將塗有橡膠的那一面輕輕按壓在物體表面就能粘住物體。與橡皮擦中的橡膠相比,用於壓敏膠帶的橡膠其化學結構經過了進一步的調整。因此,橡皮擦只是微弱粘住別的物體,而壓敏膠帶卻能夠「紋絲不動」地貼在其他物體表面。

此外,還有不少橡皮擦是用塑料做的。這樣的橡皮擦通常含有一定量的增塑劑。增塑劑是一類難以揮發的液體有機物,它們與特定的塑料混合後,能夠削弱塑料內部的分子間作用力,讓原本堅硬的塑料變軟。一個典型的例子是本身硬而脆的聚氯乙烯,添加了增塑劑之後就可以製成柔軟而有彈性的軟管、保鮮膜、橡皮擦等。由於增塑劑只是單純混合於塑料中,因此,隨著時間的推移,有可能會從塑料內部移動到表面。如果這種橡皮擦與另一個物體接觸,流出來的增塑劑就會同時與兩個物體的表面接觸,幫助兩塊固體更好地連接起來。如果另一個物體也是能被增塑劑作用的塑料,那麼增塑劑有時還滲透到對方內部,增強其流動性,從而讓兩者之間的連接變得更加堅固。此時與橡皮擦接觸的物體往往出現變軟、表面粗糙甚至液化等現象。

像這樣物體被橡皮擦「溶化」的情景中,橡皮擦是由添加了增塑劑的塑料製成的。這往往需要兩個物體長時間放在一起,使增塑劑有充足的機會從橡皮內部遷移到表面。因此,這種現象經常發生在鉛筆盒或筆袋中的橡皮擦與同為塑料的筆尺之間。

(原載《科學世界》2017年第11期)

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